啤酒灌裝生產線控制系統(tǒng)的設計與應用

0.引言
　　目前國內啤酒灌裝生產線不管是引進生產線，還是國產生產線，單機采
用現(xiàn)場總線技術已比較普遍，但還未有整條生產線采用現(xiàn)場總線聯(lián)網?，F(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設備和自動化控制系統(tǒng)之間的數(shù)字化、雙向傳輸和多分支結構的通訊網絡?，F(xiàn)場總線能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的現(xiàn)場設備與控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式；可以通過其診斷功能，獲取設備上的大量數(shù)據(jù)，及時判斷故障點所在，以降低故障發(fā)生時間；可以遠程監(jiān)控現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)。要實現(xiàn)企業(yè)的信息集成，要實施綜合自動化，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設備之間、以及自動化與外界的信息交換，就必須采用現(xiàn)場總線。與傳統(tǒng)的設備間一對一的接線方式相比，現(xiàn)場總線可以節(jié)省大量電纜、槽架及相應的接口設備，同時，由于所有的連線都變得簡單明了，系統(tǒng)設計、安裝、維護的工作量也隨之大大減少，以后還可與ERP系統(tǒng)方便地連接，實現(xiàn)企業(yè)測、控、管一體化。

1.Modbusplus總線
　　Modbusplus（即MB+）總線協(xié)議是由美國ModiconInc.（該公司已被施
耐德電氣公司收購）開發(fā)設計的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，適用于建立工業(yè)實時控制局域網。典型的應用包括過程控制、數(shù)據(jù)監(jiān)測、程序上傳/下載、遠程編程、連接操作員接口及主計算機數(shù)據(jù)采集。

　　Modbusplus總線協(xié)議是一種異步半雙工通訊的對等網絡協(xié)議，遵循IEEE802.4局域網標準，物理接口是RS485，通訊介質采用屏蔽雙絞線或光纖，最大節(jié)點數(shù)64個，通訊速率1Mbps。

　　作為一個判定性高速令牌循環(huán)式現(xiàn)場總線，Modbusplus總線網絡以1Mbps的速率進行通訊，可以快速存取過程數(shù)據(jù)，它的實力表現(xiàn)在它的控制實時控制裝置如I/O裝置的能力，不會由于加載或通訊量的原因而性能有所下降。由于Modbusplus綜合高速、對等通訊和易于安裝等特點，使得計算機、可編程邏輯控制器（PLC）和其它數(shù)據(jù)源，通過使用低成本的雙絞線電纜或光纖電纜在整個網絡上作為同位體進行通信。

2.INTTERBUS總線
　　INTERBUS現(xiàn)場總線由德國PhoenixContact公司開發(fā)，INTERBUSClub俱樂部支持。INTERBUS在全球有1000多家總線設備生產商，提供2500多種產品，到目前為止，INTERBUS在全球自動化領域已有50多萬套應用系統(tǒng)得到廣泛應用。

　　INTERBUS現(xiàn)場總線是一種開放的串行總線，可以構成各種拓撲形式，并允許有16級嵌套連接方式。該總線最多可掛512個現(xiàn)場設備，設備之間的最大距離400米，無需中繼器網絡的最大距離為12.8公里。INTERBUS總線包括遠程總線和本地總線，遠程總線用于遠距離傳送數(shù)據(jù)，采用RS-485傳輸，網絡本身不供電，通信速率為500Kbps和2Mbps。INTERBUS有自己獨特的環(huán)路結構，環(huán)路使用標準電纜同時傳送數(shù)據(jù)和電源。環(huán)路可以連接模擬、數(shù)字設備甚至復雜的傳感器/執(zhí)行器，也允許直接接入智能終端儀表。
INTERBUS總線有很強的監(jiān)視診斷功能，總線監(jiān)控功能監(jiān)視整個網絡系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時也提供總線網絡的變結構功能，能及時根據(jù)設計要求，關斷和連接總線的某個子總線段。監(jiān)控功能是現(xiàn)場安裝、調試、診斷和維護的有力工具。具體功能是識別和確定安裝錯誤和部件錯誤，現(xiàn)場總線模塊具有輸入/輸出的狀態(tài)顯示，在調試時可設置輸出狀態(tài)，以及可以保存某些智能設備的參數(shù)。
3.Modbus總線
　　Modbus現(xiàn)場總線協(xié)議是由美國ModiconInc.（該公司已被施耐德電氣公司收購）于20世紀70年代提出的一種通訊協(xié)議，它是一種完全開放的協(xié)議，目前國際上有無數(shù)自動化和儀表廠商采用該種協(xié)議。Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網絡，進行集中監(jiān)控。

　　Modbus總線協(xié)議采用主站查詢從站的方式，物理接口可以是RS232、RS485、RS422、RJ45，通訊介質采用屏蔽雙絞線或光纖，采用RS232接口用
雙絞線作介質時不帶中繼器的最大距離為15m，最大節(jié)點數(shù)247個，通訊速率19.2Kbps。

4.基于Modbusplus總線、INTTERBUS及MODBUS現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)設計
我公司2004年安裝一條3.6萬啤酒灌裝生產線，除酒機、標機、紙箱機為進口設備外，其它機臺包括輸送帶全為國產設備，國產機臺控制系統(tǒng)采用INTTERBUS及MODBUS現(xiàn)場總線技術，而且將整條生產線所有機臺的PLC也聯(lián)結成MB+網,整條生產線以后還能擴展上位機。
4.1.網絡構成
　　整個控制系統(tǒng)是一個雙層網絡，上層采用MB+網作為數(shù)據(jù)采集及信息管
理層，用于與現(xiàn)場設備的快速、循環(huán)的數(shù)據(jù)交換，可掛32個節(jié)點；下層采用INTERBUS網，串接Momentum分布式I/O模塊。系統(tǒng)結構如圖1